王曦院士為宋志棠團隊頒發獎狀和獎金
上海微系統所所長, 國家02專項副總師王曦講話
宋志棠研究員作相關研究報告
科學網12月22日上海訊 (記者黃辛) 為鼓勵廣大科技人員融入科技創新主戰場, 促進學術繁榮和鼓勵科技人才成長, 中科院上海微系統所今天下午舉行Science高水平文章發布報告會, 表彰宋志棠研究員課題組在高速, 低功耗新型Sc-Sb-Te相變存儲材料研究中的重大科學發現. 據悉, 上海微系統與資訊技術研究所聯合中芯國際整合電路製造有限公司, 選擇以嵌入式相變存儲器 (PCRAM) 為切入點, 在國家重點研發計劃納米科技重點專項, 國家科技重大專項 '極大規模整合電路製造裝備及成套工藝' 專項 (02專項) , 國家自然科學基金, 中國科學院A類戰略性先導科技專項, 上海市領軍人才, 上海市科委等項目的資助下, 經過十餘年的研究, 在存儲材料篩選, 存儲晶片設計, PCRAM的基礎製造技術等方面取得系列重要科技進展.
據悉, 相關研究成果具有獨立自主智慧財產權 (國際專利PCT/CN2016/096334, 中國專利201510697470.2) . 今年11月9日, 《科學》期刊以題為 'Reducing the stochasticity of crystal nucleation to enable subnanosecond memory writing' 線上發表這一重要研究成果, 並在12月15日的期刊上刊出. 這是上海微系統所在Science正刊上發表的重要學術論文, 也是國內先進存儲技術關鍵核心材料領域的第一篇學術論文.
報告會由上海微系統所黨委書記齊鳴主持; 副所長謝曉明宣讀了上海微系統所對PCRAM項目組的表彰決定. 中科院院士, 上海微系統所所長, 國家02專項副總師王曦為團隊頒發了獎狀和獎金.
王曦在講話中表示, PCRAM團隊在宋志棠研究員的帶領下, 從2002年至今, 經過近15年的刻苦鑽研所取得的成果值得祝賀. 他希望科學家們能百尺竿頭, 更進一步, 在現有基礎上作出更大的成績. 能面向世界科技前沿, 面向國家重大需求, 面向國民經濟主戰場, 助力創新驅動, 努力為踐行中科院新時期辦院方針, 融入上海市科創中心建設作出新的貢獻.
整合電路產業是 '十三五' 國家戰略新興產業. 存儲器是整合電路最重要的技術之一, 是國家核心競爭力的重要體現. 我國作為全球電子產品的製造基地, 存儲器的自給能力還相對較弱. 國外三星, 英特爾等大型半導體公司對存儲器技術與產品的壟斷, 對我國資訊產業發展與資訊安全形成重大隱患. 發展我國自主智慧財產權的新型半導體存儲技術迫在眉睫.
目前, 國際上通用的相變存儲材料是 '鍺銻碲' (Ge-Sb-Te) . 近年來, 整合電路技術的發展對存儲器晶片的功耗, 壽命, 尺寸, 持久力等各項性能指標均提出了更高要求, 世界各國科學家都在加緊攻關存儲材料研發.
中科院上海微系統與資訊技術研究所宋志棠科研團隊在新型相變存儲材料研究方面取得重大突破, 在自主相變八面體基元與面心立方亞穩態理論的指導下, 創新提出一種兩個八面體晶格與電子結構相匹配的研發思路, 來設計新型相變材料, 以穩定八面體作為成核中心來減小非晶成核的隨機性實現相變材料的高速晶化. 通過第一性理論計算與分子動力學類比, 從眾多過渡族元素中, 優選出鈧, 銥 (Sc, Y) 作為摻雜元素, 通過存儲單元存儲性能測試, 尤其是對存儲單元高速擦寫的測試, 發明了高速, 低功耗, 長壽命, 高穩定性的 '鈧銻碲' (Sc-Sb-Te) 相變材料, 利用0.13um CMOS工藝製備的Sc-Sb-Te基相變存儲器件實現了700皮秒的高速可逆寫擦操作, 迴圈壽命大於107次. 相比傳統Ge-Sb-Te基相變存儲器件, 其操作功耗降低了90%, 且十年的數據保持力相當. 通過進一步優化材料與微縮器件尺寸, Sc-Sb-Te基PCRAM綜合性能將會得到進一步提升. 研究表明, Sc-Te穩定八面體作為成核生長核心是高速, 低功耗的主要原因; 晶格與電子結構匹配是長壽命主要原因; 穩定八面體抑制面心立方向六方 (FCC-HEX) 轉化也是高速, 低功耗的原因之一.
據了解, Sc-Sb-Te相變存儲材料的重大發現來自於中科院上海微系統所科研團隊在相變存儲器方面的長期科研工作積累. 該科研團隊還發現了比國際量產的Ge-Sb-Te性能更好的Ti-Sb-Te自主新型相變存儲材料; 自主研發了具有國際先進水平的雙溝道隔離的4F2高密度二極體技術; 開發出了我國第一款8Mb PCRAM試驗晶片; 所開發的基於0.13umCMOS工藝的印表機用嵌入式PCRAM產品已獲得首個750萬顆的訂單; 所開發的基於40nm高密度二極體技術, 具有最小單元尺寸的自讀存儲器已經開始送樣; 所研製的40nm節點PCRAM試驗晶片的單元成品率最高達99.999%以上, 甚至有不加修正4Mb, 64Mb PCRAM晶片, 現已提供客戶在先進資訊系統上試用.
會上, 宋志棠研究員代表團隊分享了相變存儲研發動態以及項目組堅持不懈探索技術創新和成果產業化的心路曆程.
他表示, 新型相變材料的這些性能表現, 從物理上解決了存儲器低功耗與高速擦寫問題, 配上自主開發的已在量產晶片上用過的高速讀出電路 (US8947924) , 就可以形成我國新一代最先進存儲器. 如將在高密度, 三維存儲晶片上進一步對該材料進行驗證, 對於我國突破國外技術壁壘, 開發自主智慧財產權的存儲器晶片具有重要價值; 對實現我國存儲器技術的跨越式發展, 促進我國資訊產業繁榮, 維護我國資訊安全具有戰略意義.
自然科學基金委資訊學部四處處長潘慶, 中國科學院前沿科學與教育局技術科學處處長孔明輝, 北京大學教授張興, 02國家科技重大專項管理辦公室專家馬振宇, 上海市科學技術委員會高新處副處長宋揚, 主管陳明, 上海市整合電路研發中心董事長趙宇航 , 上海納米中心主任閔國權, 中芯國際整合電路製造有限公司執行副總裁周梅生, 華克路以及上海微系統所中層以上幹部, 科研骨幹, 研究生等參加了報告會.
與會專家紛紛表示, 為宋志棠和團隊的執著, 堅持所感動. 十年磨一劍, 他們期待團隊能不忘初心, 在基礎研究取得原創性重大突破進展的同時, 在科技成果產業化和服務於國民經濟建設主戰場取得更大的成果.